壳聚糖及其衍生物在牙周应用的研究进展

陈宏伟(综述)，赵利芬(审校)

(昆明医学院海源学院口腔综合实验室，昆明 650106)

壳聚糖的化学名称是(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，还可以把它叫做壳多糖，或者甲壳糖[1]。壳聚糖具有良好的成膜性、可降解性[2]、抗菌性[3]、生物相容性[4]、有促进伤口愈合、引导骨形成等功能，能制成缓释或控释制剂。最近几年壳聚糖及其衍生物在牙周应用研究方面逐渐受到重视，该文综述了近年来壳聚糖及其衍生物(羟甲基壳聚糖、单甲氧基聚乙二醇壳聚糖、壳聚糖纳米微球、壳聚糖季铵盐、β-磷酸三钙壳聚糖、甘油磷酸钙壳聚糖等)在牙周方面的研究进展。

1 缓释载体

牙周袋内和口腔黏膜表面的药物作用时间越长，作用效果越好，但是口腔里唾液对药物的冲刷作用，使得药物作用时间明显缩短，寻求一种延长药物作用时间的方法是牙周病治疗的焦点。Duan等[5]发现改性壳聚糖有较好的生物黏附性和通透性，对药物在细胞表面传输起到很好的改善作用，可被用作药物缓释载体。Adhiyaman等[6]发现，经海藻酸盐改性后的壳聚糖作为微粒载体使药物的释放时间明显延长。用含有羧甲基壳聚糖联合聚乙烯醇制备的奥硝唑缓释药膜，放入患有牙周病的Wistar大鼠的牙周袋内，发现奥硝唑维持较高药物浓度的时间达到5 d，相比较体外释放时间(160 min)显著延长[7]。孙佳丽等[8]观察改善壳聚糖单甲氧基聚乙二醇水凝胶给药体系可较好地保护生物大分子的活性，适合生物大分子药物传送，同时对难溶的化学药物突释也有一定的抑制作用。安世昌等[9]研究了复合壳聚糖纳米微球聚乳酸-羟基乙酸/纳米羟基磷灰石缓释载体系统对蛋白的缓释作用，实验以牛血清蛋白为模型药物，以离子凝胶法制备壳聚糖微球。结果显示：聚乳酸-羟基乙酸/纳米羟基磷灰石支架对牛血清蛋白的2 d累计释放量为85%，而复合壳聚糖纳米微球聚乳酸-羟基乙酸/纳米羟基磷灰石复合支架对牛血清蛋白的9 d累计释放量分别是48.9%和35.7%。提示制作的复合壳聚糖纳米微球和聚乳酸-羟基乙酸/纳米羟基磷灰石支架材料对牛血清蛋白有良好的缓释作用，复合支架材料形态好，强度和降解速率合适。

2 抑菌作用

牙周病的主要致病菌有伴放线放线杆菌，牙龈卟啉单胞菌，中间普氏菌等。牙周病的有效预防就是抑制致病菌。壳聚糖及其衍生物作为抗菌剂已经研究多年[10-12]，吉秋霞等[13]采用琼脂扩散法测定壳聚糖及其季铵盐温敏水凝胶对牙周病的主要致病菌的最小抑菌浓度和抑菌环直径，结果显示壳聚糖及其季铵盐对3种牙周常见致病菌有较强的抑菌活性。赵红梅等[14]研究了含羟甲基壳聚糖的口香糖的抑菌作用，先将被测者分为两组，一组为咀嚼口香糖组，另外一组为含漱洗液组。试验开始前先取受试者的唾液进行细菌含量的测试。在口腔漱洗液测试时，被测者先用10 mL漱洗液漱口30 s，然后休息9 min 30 s；在口香糖的测试试验中，被测者先咀嚼口香糖5 min，再休息5 min；反复进行5次测试，然后进行细菌含量的测试，测试选的时间是在0、30、60 min时。在取样的这三个时间段内两组相比，咀嚼含羟甲基壳聚糖口香糖的被测者口腔细菌的含量明显减少。说明咀嚼含羟甲基壳聚糖的口香糖具有更明显的抗菌效果。此项研究证明，使用像壳聚糖及其衍生物这样的天然物质，对口腔健康有很大益处。

3 引导组织再生

牙周治疗的理想目标是促进牙周再生，使因疾病丧失的牙周组织能够得到重建。而组织工程技术使牙周组织的重建成为了可能，组织工程技术要求置入的材料有以下特点：可以激发正常的组织活性；能够促进细胞的分化、凋亡、迁移、黏附、生长；组织相容性好，不会因为外界条件的变化引起组织不良反应。牙周引导组织再生(guided tissue regeneration，GTR)技术的出现，使牙周疾病造成的牙周组织的缺损修复成为了可能。各种膜在GTR的过程中，扮演着重要的角色。天然的高分子材料壳聚糖，有很强的可降解性，降解后变为氨基多糖，氨基多糖是机体代谢所需的，对组织无不良反应。材料表面很光滑，从而使组织的黏附力减少，细菌的附着降低，减少植入体插入过程中细胞和组织的损伤情况，促进伤口愈合。壳聚糖还可以很容易地加工成膜、凝胶、纳米纤维、纳米粒子、支架和海绵形式，可以用在药物输送系统[15]。贾洪诚等[16]用28只患有牙周炎的大鼠作为实验组，在牙周袋内注入壳聚糖-抗坏血酸盐胶体，再用28只患有牙周炎的大鼠作为对照组，在牙周袋内注入生理盐水进行治疗。治疗后不同时间进行临床检查、形态学测量和组织学观察。发现实验组的附着丧失程度、牙龈指数、牙齿松动度、菌斑指数、牙周袋深度均比对照组低。实验组炎症浸润程度显著低于对照组，且再生和修复能力也有所改善。Boynuegri等[17]评价了壳聚糖凝胶对牙槽骨内病变的作用，他是从临床研究和X线两方面研究的，在牙周再生方面具有一定的应用价值。Liao等[18]将β-磷酸三钙/壳聚糖/人类牙周膜细胞复合支架置入裸鼠皮下，实验表明在复合支架中人类牙周膜细胞大量繁殖，而且四周的血管也长入到牙周膜中，碱性磷酸酶和骨核蛋白的表达能力上调。赵利芬等[19]、李志宏等[20]研究表明，壳聚糖/葡甘聚糖含量比为3∶0,2∶1,1∶1和1∶2制备的混合膜能促进人牙周膜细胞生长的作用,且可增强碱性成纤维生长因子的生物效应。但以壳聚糖与葡甘聚糖膜含量比为2∶1的混合膜评价最好。研究结果提示，所获得的混合膜初步具备了GTR生物膜和组织工程支架的基本性能。

4 修复骨缺损

牙周病造成牙槽骨吸收，导致牙齿脱落，直接影响患者生活质量，对细胞的研究已经明确，骨吸收受白细胞介素1、白细胞介素6、肿瘤坏死因子和淋巴毒素等因素的调节。菌斑在龈沟内释放的脂多糖和其他产物，使牙龈组织里的成骨细胞和免疫细胞释放炎性介质，巨噬细胞和成纤维细胞被激活，这些细胞分泌的细胞因子和前列腺素E2，可以诱导破骨细胞形成，从而导致牙槽骨吸收。以提高牙周病治疗效果，促进牙槽骨再生，恢复牙周的形态与咀嚼功能为目的的一般的治疗方法是利用自体骨或者异体骨移植，但是效果不理想，现在治疗骨缺损的热点是利用组织工程学的方法使骨的再生能力增强，还能提高新生骨的稳定性，骨移植的成活率大大提高。Yan等[21]将羟乙基纤维素(hydroxyethyl cellulose，HEC)植入到壳聚糖-甘油磷酸钙(chitosan-calcium glycerophosphate,CS-GP)中，使凝胶的凝固温度和生物相容性得到了改善。在体温状态下CS-GP-HEC凝胶系统就能凝固，这种凝胶系统和鼠骨髓基质细胞生物相容性良好。还有学者研究了在体外壳聚糖-胶原支架促使人牙周膜细胞转变为成骨细胞的能力，研究结果显示结合了血小板源性生长因子支架的细胞繁殖能力明显增强[22]，将支架植入犬的颌骨内，骨形成非常明显。以上结果均显示，壳聚糖温敏凝胶给细胞增殖提供了一个很好的环境，壳聚糖温敏凝胶操作方便，有可吸收性，不会对患者造成有很大的创伤，患者很容易接受，尤其适合骨缺损不规则者，是骨组织工程支架很好的选择材料[23]。

5 结 语

壳聚糖在各个领域都得到了广泛的认可，壳聚糖及其衍生物的抑菌活性是可以肯定的，但其抑菌作用还没有一个明确的机制，对其抑菌趋势及规律还没有一个统一的认识，因此在以后的研究中还应该加强其规律性的研究，从而认清其抑菌机制。另外壳聚糖存在降解不易控制、吸水性强，壳聚糖膜的湿态机械强度较差，壳聚糖的降解时间与牙周组织再生时间不相符等缺点。这些问题的存在，使壳聚糖在临床的推广受到限制。相信随着对壳聚糖性质的深入研究，必将在牙周缓释载体、牙周抑菌、牙周组织再生，以及牙周骨组织修复方面有广泛的应用前景。

[1] Pokharkar V,Dhar S,Bhumkar D,etal.Acute and subacute toxicity studies of chitosan reduced gold nanoparticles:a novel carrier for therapeutic agents[J].J Biomed Nanotechnol,2009,5(3):233-239.

[2] 崔军,梁杰,姜宝琦,等.壳聚糖/β-甘油磷酸钠引导骨再生膜的制备及表征[J].中国口腔种植学杂志,2011,16(1):75-76.

[3] Cui H,Shi W.Research of bio-performance of chitosan and chitosan being used for bacterial vaginopathy[J].Zhongguo Yi Liao Qi Xie Za Zhi,2012,36(2):96-98.

[4] Mourya VK,Inamdar NN.Trimethyl chitosan and its applications in drug delivery[J].J Mater Sci Mater Med,2009,20(5):1057-1079.

[5] Duan W,Shen C,Fang H,etal.Synthesis of dehydroabietic acid-modified chitosan and its drug release behavior[J].Carbohydr Res,2009,344(1):9-13.

[6] Adhiyaman R,Basu SK.Crystal modification of dipyridamole using different solvents and crystallization conditions[J].Int J Pharm,2006,321(1/2):27-34.

[7] Wang LC,Chen XG,Zhong DY,etal.Study on poly(vinyl alcohol)/carboxym ethyl-chitosan blend film as local drug delivery system[J].J Mater Sci Mater Med,2007,18(6):1125-1133.

[8] 孙佳丽,蒋国强,丁富新.壳聚糖-mPEG温敏水凝胶载药系统的制备及释药行为[J].清华大学学报:自然科学版,2010,50(06):909-912,931.

[9] 安世昌,孙健,李亚莉,等.复合壳聚糖纳米微球聚乳酸-羟基乙酸/纳米羟基磷灰石缓释载体系统对蛋白的缓释作用[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(25):4615-4618.

[10] Campaniello D,Bevilacqua A,Sinigaglia M,etal.Chitosan:antimicrobial activity and potential applications for preserving minimally processed strawberries[J].Food Microbiol,2008,25(8):992-1000.

[11] Fernandez-Saiz P,Lagaron JM,Hernandez-Muoz P,etal.Characterization of antimicrobial properties on the growth of S.aureus of novel renewable blends of gliadins and chitosan of interest in food packaging an coating applications[J].Int J Food Microbiol,2008,124(1):13-20.

[12] Ong SY,Wu J,Moochhala SM,etal.Development of a chitosan-based wound dressing with improved hemostatic and antimicrobial properties[J].Biomaterials,2008,29(32):4323-4332.

[13] 吉秋霞,徐全臣,于新波,等.壳聚糖及其季铵盐对牙周常见致病菌的体外抑菌活性[J].青岛大学医学院学报,2011,47(1):23-24.

[14] 赵红梅,孙桂兰,苗大刚,等.唾液的增加加速了含羧甲基壳聚糖口香糖的抗菌效果[J].现代生物医学进展,2009,9(6):1132-1135.

[15] Xu C,Lei C,Meng L,etal.Chitosan as a barrier membrane material in periodontal tissue regeneration[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2012,100(5):1435-1443.

[16] 贾洪诚,王璇,冯延民,等.壳聚糖-抗坏血酸盐治疗大鼠牙周炎的实验研究[J].北京口腔医学,2011,19(1):20-23.

[17] Boynuegri D,Ozcan G,Senel S,etal.Clinical and radiographic evaluations of chitosan gel in periodontal intraosseous defects: a pilot study[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2009,90(1):461-466.

[18] Liao F,Li Z,Wang Y,etal.A novel bioactive three-dimensional beta-tricalcium phosphate/chitosan scaffold for periodontal tissue engineering[J].J Mater Sci Mater Med,2010,21(2):489-496.

[19] 赵利芬,李承文,陈庆华,等.壳聚糖/葡甘聚糖共混膜的生物降解性初步研究[J].昆明医学院学报,2010,31(7):6-9.

[20] 李志宏,武继民,关静,等.壳聚糖共混改性对胶原蛋白GTR膜性能的影响[J].医用生物力学,2009,24(S1):55-56.

[21] Yan J,Yang L,Wang G,etal.Biocompatibility evaluation of chitosan-based injectable hydrogels for the culturing mice mesenchymal stem cells in vitro[J].J Biomater Appl,2010,24(7):625-637.

[22] Zhang Y,Shi B,Li C,etal.The synergetic bone-forming effects of combinations of growth factors expressed by adenovirus vectors on chitosan/collagen scaffolds[J].J Control Release,2009,136(3):172-178.

[23] 韩雪,刘洪臣,王东胜,等.可注射壳聚糖温敏水凝胶对犬骨髓基质细胞生物学行为的影响[J].上海口腔医学,2011,20(2):113-118.